на главную
Карта сайта
English version
Вы читаете:

Источники бесперебойного питания Ippon и аналогичных

Электропитание
3 месяца назад

Доработка источников бесперебойного питания Ippon и аналогичных


Отключения электроэнергии всегда случаются в самый неподходящий момент. Критичную к перебоям электроаппаратуру, например персональные компьютеры (ПК), подключают через источники бесперебойного питания (ИБП). В основной массе ИБП рассчитаны на относительно непродолжительную работу, что позволяет сохранить рабочие данные и корректно выключить ПК.

Более сложные модели ИБП позволяют работать оборудованию продолжительное время, имеют разъём для подключения внешних аккумуляторов, воздушное охлаждение, но стоят значительно дороже. Простые линейно-интерактивные (Line-Interactive) ИБП стоят дешевле, а бывший в употреблении, да ещё и без аккумуляторной батареи, можно приобрести за совсем небольшие деньги.

В связи с покупкой 3D-принтера возникла острая необходимость в обеспечении его бесперебойного питания. Из-за пропадания сетевого напряжения можно лишиться результатов многочасовой печати. Цена хорошего ИБП вполне соизмерима с ценой 3D-принтера, поэтому возникла идея доработать имеющийся в наличии Ippon Back Power Pro 500 (рис. 1). Выходная мощность этого ИБП - 300 Вт, что соответствует максимальной мощности блока питания принтера. По аналогичной схеме собрано много моделей ИБП под различными названиями и для питания нагрузки разной мощности, поэтому предлагаемая доработка может быть рекомендована для широкого круга ИБП.

Ippon Back Power Pro 500

Рис. 1. Ippon Back Power Pro 500

 

Цели доработки ИБП Ippon Back Power Pro 500 следующие:

- сделать возможной работу ИБП при изменении мощности нагрузки от нуля до максимальной;

- увеличить продолжительность работы ИБП при пропадании сетевого напряжения и возможность работы от внешнего аккумулятора;

- облегчить температурный режим, применив воздушное охлаждение;

- обеспечить зарядку внешнего аккумулятора;

- для оперативного контроля уровня зарядки ввести на передней панели индикацию напряжения на аккумуляторах.

Внимание! ИБП Ippon и аналогичные не имеют гальванической развязки от сети. Поэтому при измерении параметров, налаживании и монтаже необходимо соблюдать меры электробезопасности, использовав развязывающий трансформатор. Соединение клемм внешнего аккумулятора производить только при отключённой сети.

Для исключения поражения электрическим током при эксплуатации прибора необходимо надёжно изолировать клеммы аккумулятора и разъёмы для подсоединения к ним.

В целях экономии энергии в этом ИБП имеется так называемая функция Green Mode (Green Power), которая при пропадании напряжения в сети и отсутствии нагрузки автоматически выключит источник через 5 мин. Поскольку 3D-принтер в течение времени потребляет энергию неравномерно, это может привести к выключению ИБП в неподходящий момент, поэтому эту функцию необходимо отключить. Для отключения режима "Green Mode" достаточно перекусить один вывод резистора R15A или выпаять (выкусить) этот резистор (рис. 2). Для похожих моделей ИБП способ отключения режима Green Mode может отличаться, но обычно на плате есть таблица, по которой можно определить, как активировать или выключить тот или иной режим.

Резистора R15A

Рис. 2. Резистора R15A

 

Схема узла зарядки аккумулятора

Рис. 3. Схема узла зарядки аккумулятора

 

Схема узла зарядки аккумулятора изображена на рис. 3. Нумерация элементов соответствует оригинальной схеме и печатной плате. Зарядка встроенной аккумуляторной батареи обеспечивается стабилизатором напряжения на микросхеме U02 и устройством ограничения тока, собранного на элементах Q09, R30-R32. Номинальный ток зарядки - около 700 мА, максимальное напряжение на аккумуляторе, поддерживаемое микросхемой U02, - 14,4 В. За вычетом 0,7 В (падение напряжения на диоде D13) получается 13,8 В. Это напряжение зависит от элементов R27, R28, R28A, R29, R29A, R62 и не всегда соответствует номинальному, что может привести как к недозарядке аккумуляторной батареи при пониженном напряжении, так и к перегреву при повышенном, что сокращает срок его службы.

Зарядного тока 0,7 А недостаточно для одновременной зарядки внешней и встроенной батареи, поэтому его необходимо увеличить до 2 А, что соответствует максимальному току зарядки внутреннего аккумулятора, если внешний аккумулятор не будет подключён. При одновременной зарядке встроенной и внешней батарей ток будет распределяться между ними. Максимальное напряжение на батареях лучше стабилизировать на уровне 13,8...14 В. Это облегчит температурный режим зарядки и хранения аккумуляторов, снизит количество выделяющихся газов из внешнего аккумулятора. Узел зарядки питается от отдельной обмотки трансформатора, диаметр провода которой выбран производителем с некоторым запасом. При напряжении сети 220 В на входе микросхемы U02 напряжение составляет 16 В. Заменив микросхему U02 (LM317) импульсным стабилизатором, можно снизить потери, увеличить КПД и тем самым обеспечить необходимый зарядный ток без перегрузки трансформатора. Также уменьшить потери можно, заменив в диодном мосту выпрямительные диоды диодами с барьером Шоттки, у которых максимальное прямое падение напряжения около 0,5 В.

В качестве стабилизатора напряжения 13,8 В отлично подойдёт модуль импульсного преобразователя напряжения на микросхеме MP1584 или аналогичной (рис. 4). Такой модуль можно приобрести в собранном виде, он имеет высокий КПД, обеспечивает ток нагрузки до 3 А при малых габаритах и имеет возможность регулировки, позволяющей точно установить напряжение на выходе, а также имеет вход выключения модуля подачей напряжения низкого логического уровня.

Микросхеме 4R7

Рис. 4. Микросхеме 4R7

 

Можно использовать любые похожие модули понижающих импульсных преобразователей, обеспечивающих ток не менее 2 А, возможность выключения модуля и регулировку выходного напряжения в интервале 8...14 В.

С целью облегчения температурного режима работы необходимо ввести воздушное охлаждение. Для этого удобно применить вентилятор размерами 80x80 мм и разместить его на задней крышке ИБП вместо разъёмов для подключения сети и нагрузки. Для подключения к сети следует применить гибкий кабель с вилкой на конце, подключённый через плавкую вставку к входному разъёму CN04 платы ИБП, а для подключения нагрузки - внешний блок розеток, подключённый таким же гибким кабелем к разъёму CN01 ИБП. Провода заземления этих кабелей надо соединить между собой.

Готовый модуль вольтметра

Рис. 5. Готовый модуль вольтметра

 

В качестве индикатора напряжения на аккумуляторных батареях использован готовый модуль вольтметра (рис. 5), работающий в интервале напряжений 3...18 В. Для переделки ИБП с его платы необходимо удалить элементы LM317, R27, R28, R28A, R29, R29A, R30, R62 согласно принципиальной схеме. Удаляемые элементы на схеме (см. рис. 3) выделены красным цветом. В освободившиеся от элементов отверстия устанавливают модуль MP1584, использовав в качестве стоек одножильный медный провод с сечением 0,75 мм2.

Доработанная схема

Рис. 6. Доработанная схема

 

Доработанная схема показана на рис. 6. Рядом с выводом коллектора транзистора Q09 сверлят отверстие диаметром 1,5 мм. Проводом МГТФ 0,07 минимальной длины, пропустив его в просверленное отверстие, соединяют коллектор транзистора Q09 с входом Fb модуля MP1584 (вывод 4 микросхемы MP1584). Затем проводом соединяют коллектор транзистора Q08 с входом En платы (вывод 2 микросхемы MP1584). Между базой и эмиттером транзистора Q09 надо установить керамический конденсатор С15 ёмкостью 100 нФ типоразмера 0805 для исключения самовозбуждения каскада. На место резистора R31 устанавливают резистор сопротивлением 0,39 Ом и мощностью 2 Вт.

Диоды D06, D13, D33, D34, D35, D36 следует заменить диодами с барьером Шоттки с допустимым прямым током не менее 3 А, например, 1N5822, MBR350 или аналогичные. Заменяемые элементы выделены на схеме на рис. 3 синим цветом. Зелёным цветом отмечены вновь вводимые элементы, их нумерация начинается сначала.

Для подключения внешнего аккумулятора необходимо использовать провод сечением 4...6 мм2 минимально возможной длины, так как при работе от аккумуляторной батареи ИБП может потреблять ток до 30 А при максимальной нагрузке. Можно применить провод AWG-10, площадь поперечного сечения составляет 5,26 мм2, или несколько проводов меньшей площади, свитых в жгут. В качестве клемм для подключения батареи можно использовать любые клеммы, в том числе и так называемые "ремонтные".

Для того чтобы случайное замыкание клемм внешней аккумуляторной батареи или неправильное их подключение не привело к печальным последствиям, используется развязка на диодах VD4, VD5 с барьером Шоттки. В качестве этих элементов можно использовать две включённые параллельно диодные сборки от пятивольтовых выпрямителей из компьютерных блоков питания, например, SBL3040PT, ESAD83-004 или аналогичных с барьером Шоттки и прямым током не менее 30 А. Максимальная мощность рассеивания на диодах при таком токе и напряжении 0,55 В - 16,5 Вт, поэтому эти сборки следует установить на небольшой алюминиевый теплоотвод (рис. 7).

Алюминиевый теплоотвод

Рис. 7. Алюминиевый теплоотвод

 

Для обеспечения функции зарядки использован диод VD3, он же защищает узел зарядки от напряжения при отключённой сети или работе ИБП от батареи. На задней стенке ИБП необходимо демонтировать входные и выходные разъёмы питания, а также плату защиты сетевого подключения LAN. Затем на этой стенке делают отверстие для вентилятора. Лопасти вентилятора нужно защитить металлической решёткой, взятой из блока питания от компьютера или изготовленной самостоятельно. Вентилятор подключается согласно приведённой на рис. 6 схеме. При таком подключении вентилятор будет вращаться на максимальных оборотах, когда ИБП находится в рабочем режиме, и на малых оборотах, когда ИБП подключён в сеть и находится в режиме зарядки или хранения аккумулятора. При выключении ИБП из сети вентилятор останавливается. У моего вентилятора ток при напряжении 12 В - 180 мА. Для работы на малых оборотах я выбрал ток 80 мА, что обеспечивает включение вентилятора и малый уро-вень шума. Для другого экземпляра вентилятора необходимо подобрать резистор R1. Элементы R1, VD1 и VD2 после монтажа размещены в термоусаживаемой трубке. Анод диода VD1 подключают к контакту 8 разъёма подключения передней панели CN00912, напряжение +12 В появляется там после нажатия на кнопку включения ИБП. Внешний вид доработанного ИБП со снятой крышкой показан на рис. 8.

Внешний вид доработанного ИБП со снятой крышкой

Рис.8. Внешний вид доработанного ИБП со снятой крышкой

 

Вольтметр подключают к разъёму платы передней панели CN03, плюсовой контакт - к контакту 8, минусовый - к контакту 5 разъёма. В передней части корпуса вырезают квадратное отверстие по размеру индикаторов вольтметра и для повышения контрастности закрывают его светофильтром, соответствующим цвету свечения индикаторов.

Для регулировки напряжения зарядки необходимо подключить полностью заряженную аккумуляторную батарею, подсоединив к её выводам вольтметр, соблюдая при этом меры электробезопасности (используя развязывающий трансформатор и отвёртку с изолированной ручкой), подать сетевое напряжение и, вращая подстроечный резистор на модуле импульсного преобразователя D1, установить напряжение 13,8...14 В.

Собранный ИБП с подключённым аккумулятором

Рис. 9. Собранный ИБП с подключённым аккумулятором

 

После указанной доработки выходное напряжение на выходе выпрямителя ИБП увеличилось до 20 В. Максимальный ток зарядки аккумулятора - 2 А. За счёт установки вентилятора температура внутри корпуса ИБП значительно снизилась, что позволило эксплуатировать прибор более длительное время и продлить срок службы встроенного аккумулятора. Подключение внешнего аккумулятора значительно увеличивает время работы нагрузки при перебоях электроснабжения. На рис. 9 показан собранный ИБП с подключённым аккумулятором.

Автор: В. Андрюшкевич, г. Тула

Мнения читателей

Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному выше материалу:

Поля, обязательные для заполнения